¿Cómo ha evolucionado nuestro cerebro?

Por Amélie Beaudet - Paleoantropóloga (CNRS), Universidad de Poitiers

La naturaleza singular y las capacidades excepcionales del cerebro humano no dejan de sorprendernos. Su forma redondeada, su organización compleja y su larga maduración lo distinguen del cerebro de otros primates actuales, y más especialmente de los grandes simios a los que estamos directamente emparentados.


¿A qué se deben estas especificidades? Dado que el cerebro no se fosiliza, debemos buscar la respuesta en los huesos del cráneo encontrados en los yacimientos paleontológicos para rastrear la historia. La bóveda craneal alberga impresiones del cerebro que constituyen valiosos datos sobre los 7 millones de años de evolución de nuestro cerebro que nos separan de nuestro ancestro más antiguo conocido: Toumaï (Sahelanthropus tchadensis).

Durante el crecimiento, el cerebro y su contenedor, el cráneo, mantienen una relación estrecha y, mediante un proceso de modelado y remodelado, el hueso registra la posición de los surcos en la superficie del cerebro que delimitan los lóbulos y las áreas cerebrales. A partir de estas impresiones, los paleoneurólogos buscan reconstruir la historia evolutiva de nuestro cerebro (por ejemplo, ¿cuándo y cómo aparecieron las especificidades cerebrales humanas?), pero también elaborar hipótesis sobre las capacidades cognitivas de nuestros ancestros (por ejemplo, ¿cuándo comenzaron a fabricar herramientas?).

Sudáfrica ha jugado un papel central en la investigación y el descubrimiento de indicios sobre las grandes etapas de la evolución de nuestro cerebro. Los yacimientos paleontológicos situados en la “Cuna de la Humanidad”, catalogada como Patrimonio Mundial por la Unesco, son especialmente ricos en fósiles atrapados en antiguas cuevas cuyos depósitos hoy están expuestos en la superficie.


Entre estos fósiles, se encuentran especímenes emblemáticos como el "niño de Taung" (3-2,6 millones de años), el primer fósil de la línea humana descubierto en el continente africano que será el origen del género Australopithecus, o "Little Foot" (3,7 millones de años), el esqueleto más completo de Australopithecus jamás desenterrado (50 % más completo que el de "Lucy" descubierto en Etiopía y con 3,2 millones de años de antigüedad).

Estos sitios excepcionales han llevado al descubrimiento de cráneos relativamente completos (por ejemplo, "Mrs. Ples" fechada entre 3,5 y 3,4 millones de años), así como moldes internos naturales de cráneos (por ejemplo, el del "niño de Taung"), preservando rastros del cerebro de estos individuos fosilizados que han sido estudiados por expertos y han servido de referencia durante décadas.

La tecnología al servicio de la paleoneurología

A pesar de la relativa abundancia y la notable preservación de los especímenes fósiles sudafricanos en comparación con los sitios contemporáneos de África Oriental, el estudio de las impresiones cerebrales que conservan está limitado por la dificultad de descifrar e interpretar estas huellas.

Ante este hecho, nuestro equipo de paleontólogos y neurocientíficos primero buscó integrar en el estudio de los especímenes fósiles las competencias técnicas desarrolladas en imagenología e informática.

Así, pusimos en marcha el proyecto EndoMap, desarrollado en colaboración entre equipos de investigación franceses y sudafricanos, con el objetivo de profundizar en la exploración del cerebro mediante métodos de visualización y análisis virtual.


A partir de modelos numéricos tridimensionales de especímenes fósiles de la "Cuna de la Humanidad" y un referencial digital de cráneos de primates actuales, hemos desarrollado y puesto a disposición una base de datos única de cartografías para localizar las principales diferencias y similitudes entre el cerebro de nuestros ancestros y el nuestro.

Estas cartografías se basan en el principio de atlas tradicionalmente utilizado en neurociencia y han permitido tanto un mayor conocimiento de la variabilidad en la distribución espacial de los surcos del cerebro humano actual como la identificación de las características cerebrales en los fósiles. De hecho, algunos desacuerdos científicos importantes en la disciplina son consecuencia de nuestra falta de conocimiento sobre la variación interindividual, lo que lleva a una sobreinterpretación de las diferencias entre los especímenes fósiles.

Pensando la paleoneurología del mañana

Sin embargo, EndoMap enfrenta un desafío importante en el estudio de los restos fósiles, ¿cómo analizar especímenes incompletos o para los cuales algunas impresiones cerebrales están ausentes o son ilegibles? Este problema de datos faltantes, bien conocido en informática y común a muchas disciplinas científicas, es un obstáculo para el avance de nuestra investigación sobre la evolución del cerebro.

El avance tecnológico reciente en los ámbitos de la inteligencia artificial permite vislumbrar una solución. En particular, dado el número limitado de especímenes fósiles y su carácter único, los métodos de aumento artificial de muestras podrán solventar el problema de la escasez en paleontología. Además, el uso del aprendizaje profundo con muestras actuales más completas constituye una vía prometedora para el desarrollo de modelos capaces de estimar las partes faltantes de los especímenes incompletos.

Así, invitamos a Johannesburgo en 2023 a paleontólogos, geoarqueólogos, neurocientíficos e informáticos de la Universidad de Witwatersrand y la Universidad de Ciudad del Cabo (Sudáfrica), la Universidad de Cambridge (Reino Unido), la Universidad de Toulouse, el Museo Nacional de Historia Natural de París y la Universidad de Poitiers para alimentar nuestra reflexión sobre el futuro de nuestra disciplina en el coloquio "BrAIn Evolution: Palaeosciences, Neuroscience and Artificial Intelligence" coorganizado con el IFAS-Recherche.

Esta discusión dio origen al número especial de la revista de IFAS-Recherche, Lesedi, que acaba de aparecer en línea y que resume los resultados de estos intercambios interdisciplinarios. Tras este encuentro, el proyecto recibió el apoyo financiero de la Misión para las iniciativas transversales e interdisciplinarias (MITI) del CNRS en el marco de la convocatoria "Gemelos digitales: nuevas fronteras y futuros desarrollos" para integrar la IA en la paleoneurología.